超聲相控陣裂紋定量檢測有限差分法數(shù)值模擬.pdf

1、壓力容器中不同程度地存在著裂紋類缺陷，危害性極大，對其進(jìn)行定量無損檢測有著十分重要的意義。超聲相控陣技術(shù)能對裂紋類缺陷進(jìn)行快速成像和定量檢測，且定量精度明顯優(yōu)于傳統(tǒng)超聲。但由于超聲相控陣設(shè)備昂貴，缺陷試塊制作成本高、制作周期長，給超聲相控陣裂紋定量實(shí)驗(yàn)研究帶來了諸多不便。超聲相控陣檢測數(shù)值模擬研究，不僅能提供實(shí)際檢測所不具備的硬件條件、有助于更清楚地理解聲波在被檢試樣中的傳播規(guī)律及其與缺陷的相互作用，同時，還可指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)參數(shù)優(yōu)選

2、以及缺陷圖像的判別等，為科學(xué)研究和實(shí)際檢測提供了極大的方便。
　　本文針對一維線陣相控陣探頭，基于有限差分方法(Finite Difference Method，F(xiàn)DM)，建立了超聲相控陣檢測的數(shù)值模型，并在此模型基礎(chǔ)上開展了裂紋類缺陷定量研究，分析了缺陷狀態(tài)及聚焦參數(shù)對檢測結(jié)果的影響。主要研究工作如下:
　　(1)基于超聲相控陣檢測的基本原理，以及聲束偏轉(zhuǎn)、聚焦和聚焦偏轉(zhuǎn)條件下陣元時間延遲的計(jì)算公式，選取ZETEC LM-

3、5 MHz線陣縱波探頭（總晶片數(shù)為64個、單次激發(fā)32晶片）為模擬對象，建立了超聲相控陣檢測的數(shù)值模型。模擬計(jì)算了四種聚焦方式下碳鋼試塊中深度25 mm、直徑5mm橫通孔的回波信號，并分析了其B掃視圖成像特點(diǎn)。采用實(shí)驗(yàn)對比方式，驗(yàn)證了模型計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。
　　(2)選取相對傳播時間法（Relative Arrival Time Technique，RATT）為裂紋定量方法，并給出了相應(yīng)計(jì)算公式。針對厚度55 mm碳鋼試塊中不同狀

4、態(tài)的底面切槽，研究了切槽高度、寬度、取向?qū)夭ㄐ盘柕挠绊?，分析了回波信號幅值以及B掃視圖特征，同時對定量精度進(jìn)行了比較，模擬結(jié)果得到了實(shí)驗(yàn)的良好驗(yàn)證。文中還模擬了內(nèi)部埋藏缺陷（缺陷長度為5mm）的B掃視圖，其定量誤差為-0.17 mm;對真實(shí)形貌裂紋的模擬結(jié)果表明，超聲相控陣B掃視圖能有效反映裂紋形貌，但尖端衍射信號的識別較為困難，定量誤差偏大。
　　(3)研究了掃查角為20°～50°時底面切槽的B掃視圖成像，結(jié)果表明:尖端衍射信